JP5532012B2 - Gas sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a gas sensor for detecting a specific gas concentration in a gas to be measured and a method for manufacturing the same.
従来、自動車の内燃機関などの排気系には、排ガス中の酸素や窒素酸化物等の特定ガスの濃度を測定するガスセンサが配設されている。このようなガスセンサ9としては、図11に示すごとく、有底筒状に形成され、内側面に基準ガスに接する基準電極912が形成され、外側面に被測定ガスに接する測定電極914が形成されたイオン伝導性の固体電解質体915からなり、被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するセンサ素子91と、被測定ガス流路内にセンサ素子91を支持固定するハウジング92と、センサ素子91に挿入配置された棒状のヒータ93と、ヒータ93の基端部930を挿嵌保持する絶縁材からなるインシュレータ94と、ヒータ93を保持し、センサ素子91に対してヒータ93を固定すると共に、センサ素子91の基準電極912と電気的に導通する筒状の金属製のヒータホルダ95と、ヒータホルダ95を介して基準電極912に電気的に導通する基準側信号線98と、測定電極914に電気的に導通する測定側信号線99とを少なくとも備えるセンサが知られている(特許文献1及び2参照)。
Conventionally, an exhaust system such as an internal combustion engine of an automobile is provided with a gas sensor for measuring the concentration of a specific gas such as oxygen or nitrogen oxide in the exhaust gas. As shown in FIG. 11, the
ヒータホルダ95としては、様々な形状のものが開発されている。従来、ガスセンサ9において、ヒータ4を組み付けた例えば円筒形状のヒータホルダ95は、インシュレータ94の基端側の端面945に当接して配置されていた。
具体的には、内部電極接続金具(ヒータホルダ)に、その後端周縁から外向きに突出する形態でセパレータ受け部が形成されており、セラミックセパレータ(インシュレータ)の隔壁部の端面が、セパレータ受け部に当接した構成のセンサが開発されている(特許文献1参照)。
また、センサ端子部材(ヒータホルダ)とセパレータ(インシュレータ)とを当接状態で配設した構成のセンサが開発されている(特許文献2参照)。
As the
Specifically, the separator receiving portion is formed on the internal electrode connecting bracket (heater holder) so as to protrude outward from the peripheral edge of the rear end, and the end face of the partition wall portion of the ceramic separator (insulator) is formed on the separator receiving portion. A sensor having a contact configuration has been developed (see Patent Document 1).
Further, a sensor having a configuration in which a sensor terminal member (heater holder) and a separator (insulator) are arranged in contact with each other has been developed (see Patent Document 2).
しかしながら、ヒータホルダ95をインシュレータ94の基端側の端面945に当接して配置させる場合には、両者の位置関係を決定することが困難になる。特に、ガスセンサ9の径方向における位置を定めにくく、インシュレータ94とヒータホルダ95との軸ずれが発生し、軸合わせが必要になる。また、ヒータ93には、これに電気を導通するための一対のリード線931が形成されるが、上記のように、軸合わせが困難なため、組み付け時にヒータ93を保持するヒータホルダ95の位置がインシュレータ94に対してぶれやすく、当接時にヒータ93のリード線931が折れ曲がってしまうおそれがある。
However, when the
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、インシュレータとヒータホルダとの組み付けを容易に行うことができるガスセンサ及びその製造方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a gas sensor that can easily assemble an insulator and a heater holder, and a manufacturing method thereof.
第1の発明は、有底筒状に形成され、内側面に基準ガスに接する基準電極が形成され、外側面に被測定ガスに接する測定電極が形成されたイオン伝導性の固体電解質体からなり、被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するセンサ素子と、
被測定ガス流路内に上記センサ素子を支持固定するハウジングと、
上記センサ素子に挿入配置されたヒータと、
該ヒータの基端部を挿嵌保持する絶縁材からなるインシュレータと、
上記ヒータを把持し、上記センサ素子に対して上記ヒータを固定すると共に、上記センサ素子の上記基準電極と電気的に導通する金属製のヒータホルダと、
該ヒータホルダを介して上記基準電極に電気的に導通する基準側信号線と、上記測定電極に電気的に導通する測定側信号線とを少なくとも備え、
上記ヒータホルダは、上記ヒータを部分的に把持し該ヒータを部分的に覆う本体部と、該本体部から基端側に延設され上記基準側信号線に電気的に導通する端子部とからなり、
上記ヒータホルダの上記端子部は、上記インシュレータに設けられた端子孔に挿入されており、
上記ヒータホルダの上記本体部の基端側は、上記ヒータを内側に保持した状態で上記ヒータの基端部と共に、上記インシュレータの挿嵌孔に部分的に挿嵌されており、
上記ヒータホルダの上記本体部には、該本体部の基端側が上記インシュレータの上記挿嵌孔に所定の長さで挿入された状態でインシュレータの端面に係止させる係止部が形成されていることを特徴とするガスセンサにある(請求項1)。
The first invention comprises an ion-conducting solid electrolyte body formed in a bottomed cylindrical shape, having a reference electrode in contact with the reference gas formed on the inner surface and a measurement electrode formed in contact with the gas to be measured on the outer surface. A sensor element for detecting the concentration of a specific gas in the gas to be measured;
A housing for supporting and fixing the sensor element in the measured gas flow path;
A heater inserted and arranged in the sensor element;
An insulator made of an insulating material for inserting and holding the base end portion of the heater;
A metal heater holder that holds the heater, fixes the heater to the sensor element, and is electrically connected to the reference electrode of the sensor element;
A reference side signal line electrically connected to the reference electrode through the heater holder, and a measurement side signal line electrically connected to the measurement electrode;
The heater holder includes a main body portion that partially grips the heater and partially covers the heater, and a terminal portion that extends from the main body portion to the proximal end side and is electrically connected to the reference-side signal line. ,
The terminal portion of the heater holder is inserted into a terminal hole provided in the insulator,
The base end side of the body portion of the heater holder, together with the base end portion of the heater in a state of holding the heater on the inside, is partially inserted into the interpolation Hamaana of the insulator,
The main body portion of the heater holder is formed with a locking portion for locking to the end surface of the insulator in a state where the base end side of the main body portion is inserted into the insertion hole of the insulator with a predetermined length. (1).
第2の発明は、第1の発明のガスセンサの製造方法において、
上記ヒータを内側に保持した上記ヒータホルダの基端側を、上記インシュレータの挿嵌孔に先端側から挿入し、上記ヒータホルダの上記係止部を上記インシュレータの先端側端面に当接させて係止することを特徴とするガスセンサの製造方法にある(請求項6)。
According to a second aspect of the present invention, in the gas sensor manufacturing method of the first aspect,
The proximal end side of the heater holder holding the heater inside is inserted into the insertion hole of the insulator from the distal end side, and the engagement portion of the heater holder is brought into contact with and engaged with the distal end side end surface of the insulator. The present invention resides in a gas sensor manufacturing method (claim 6).
上記第1の発明のガスセンサにおいては、上記のように、上記ヒータホルダの上記端子部が上記インシュレータに設けられた上記端子孔に挿入されているだけでなく、上記ヒータホルダの上記本体部の基端側が、上記ヒータの基端部と共に上記インシュレータの上記挿嵌孔に部分的に挿嵌されている。
そのため、上記ヒータホルダと上記インシュレータとを組み付けるときに、上記のごとく上記ヒータホルダの基端側を上記挿嵌孔に挿嵌することにより、径方向における位置を定めることができる。そのため、軸合わせが必要なく、インシュレータとヒータホルダとの組み付けを容易に行うことができる。また、位置決めが容易になるため、組み付け時に、ヒータに電気を導通するためのリード線が折り曲がってしまうことを防止することができる。
In the gas sensor of the first invention, as described above, not only the terminal portion of the heater holder is inserted into the terminal hole provided in the insulator, but also the base end side of the main body portion of the heater holder is The base end of the heater is partially inserted into the insertion hole of the insulator.
Therefore, when the heater holder and the insulator are assembled, the position in the radial direction can be determined by inserting the proximal end side of the heater holder into the insertion hole as described above. Therefore, no axis alignment is required, and the insulator and the heater holder can be easily assembled. Moreover, since positioning becomes easy, it can prevent that the lead wire for conducting electricity with a heater bends at the time of an assembly | attachment.
また、上記本体部の基端側が上記ヒータの基端部と共に上記インシュレータの上記挿嵌孔に挿嵌されているため、ヒータホルダは基端側においても強固に保持される。そのため、耐振動性が向上する。したがって、振動によるヒータ用のリード線の断線等を防止し、ガスセンサの信頼性を向上させることができる。 Further, since the base end side of the main body portion is inserted into the insertion hole of the insulator together with the base end portion of the heater, the heater holder is firmly held also on the base end side. Therefore, vibration resistance is improved. Accordingly, disconnection of the lead wire for the heater due to vibration can be prevented, and the reliability of the gas sensor can be improved.
また、上記ヒータホルダの上記本体部には、該本体部の基端側が上記インシュレータの上記挿嵌孔に所定の長さで挿入された状態でインシュレータの端面に係止させる係止部が形成されている。
そのため、軸方向の位置決めを行うこともできる。即ち、上記係止部により、インシュレータの上記挿嵌孔に挿入される上記ヒータホルダ及び該ヒータホルダに保持される上記ヒータの長さを決定することができる。
The main body portion of the heater holder is formed with a locking portion for locking to the end surface of the insulator in a state where the base end side of the main body portion is inserted into the insertion hole of the insulator with a predetermined length. Yes.
Therefore, positioning in the axial direction can also be performed. That is, the length of the heater holder inserted into the insertion hole of the insulator and the length of the heater held by the heater holder can be determined by the locking portion.
このように、上記第1の発明によれば、インシュレータとヒータホルダとの組み付けを容易に行うことができるガスセンサを提供することができる。 Thus, according to the first aspect, it is possible to provide a gas sensor that can easily assemble the insulator and the heater holder.
第2の発明においては、上記ヒータを内側に保持した上記ヒータホルダの基端側を、上記インシュレータの挿嵌孔に先端側から挿入している。
そのため、径方向における位置を容易に定めることができ、軸合わせを行うことなく、インシュレータとヒータホルダとの組み付けを容易に行うことができる。
また、上記ヒータホルダの上記係止部を上記インシュレータの先端側端面に当接させて係止する。
そのため、軸方向の位置決めを行うこともできる。即ち、上記係止部により、インシュレータの上記挿嵌孔に挿入される上記ヒータホルダ及び該ヒータホルダに保持される上記ヒータの長さを決定することができる。
In the second invention, the proximal end side of the heater holder holding the heater inside is inserted into the insertion hole of the insulator from the distal end side.
Therefore, the position in the radial direction can be easily determined, and the insulator and the heater holder can be easily assembled without performing axis alignment.
Moreover, the said latching | locking part of the said heater holder is made to contact | abut on the front end side end surface of the said insulator, and is latched.
Therefore, positioning in the axial direction can also be performed. That is, the length of the heater holder inserted into the insertion hole of the insulator and the length of the heater held by the heater holder can be determined by the locking portion.
このように、上記第2の発明によれば、インシュレータとヒータホルダとの組み付けを容易に行うことができるガスセンサの製造方法を提供することができる。 Thus, according to the second aspect of the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a gas sensor that can easily assemble the insulator and the heater holder.
次に、本発明の好ましい実施形態について説明する。なお、本明細書においては、ガスセンサについて、被測定ガスに晒される側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
上記ガスセンサとしては、例えば自動車エンジン等の各種車両用内燃機関の排気管に設置して、排ガスフィードバックシステムに使用する空燃比センサ、排ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサなどがある。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described. In the present specification, the gas sensor will be described with the side exposed to the gas to be measured as the distal end side and the opposite side as the proximal end side.
Examples of the gas sensor include an air-fuel ratio sensor that is installed in an exhaust pipe of an internal combustion engine for various vehicles such as an automobile engine and used for an exhaust gas feedback system, and an oxygen sensor that measures an oxygen concentration in exhaust gas.
上記ガスセンサは、有底筒状に形成され、内側面に基準ガスに接する基準電極が形成され、外側面に被測定ガスに接する測定電極が形成されたイオン伝導性の固体電解質体からなり、被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するセンサ素子を有する。上記有底筒状としては、有底円筒状などがある。
また、上記ガスセンサは、上記センサ素子、具体的には有底筒状の上記固体電解質体に挿入配置されたヒータを備える。
上記ヒータは、例えば棒状(柱状)のセラミックヒータにより構成することができる。上記ヒータは、電気導通により発熱し、該ヒータの側面には、電気を導通するための一対のリード線を形成することができる。
The gas sensor is formed in a cylindrical shape with a bottom, and includes an ion conductive solid electrolyte body in which a reference electrode in contact with a reference gas is formed on an inner surface and a measurement electrode in contact with a gas to be measured is formed on an outer surface. A sensor element for detecting the concentration of the specific gas in the measurement gas is included. Examples of the bottomed cylindrical shape include a bottomed cylindrical shape.
The gas sensor includes a heater that is inserted and arranged in the sensor element, specifically, the bottomed cylindrical solid electrolyte body.
The heater can be constituted by, for example, a rod-shaped (columnar) ceramic heater. The heater generates heat by electrical conduction, and a pair of lead wires for conducting electricity can be formed on the side surface of the heater.
また、上記ガスセンサは、ヒータの基端部を挿嵌保持する絶縁材からなるインシュレータと、上記ヒータを把持し、上記センサ素子に対して上記ヒータを固定すると共に、上記センサ素子の上記基準電極と電気的に導通する金属製のヒータホルダとを有する。
上記ヒータホルダは、上記ヒータを部分的に把持し該ヒータを部分的に覆う本体部と、該本体部から基端側に延設され上記基準側信号線に電気的に導通する端子部とからなる。
The gas sensor includes an insulator made of an insulating material for inserting and holding a base end portion of the heater, and holds the heater, fixes the heater to the sensor element, and the reference electrode of the sensor element. An electrically conductive metal heater holder.
The heater holder includes a main body part that partially grips the heater and partially covers the heater, and a terminal part that extends from the main body part to the proximal end side and is electrically connected to the reference-side signal line. .
上記ヒータホルダの上記本体部は、上記インシュレータの上記挿嵌孔に挿嵌される挿嵌部と、上記係止部と、上記ヒータを把持する把持部と、上記センサ素子内の上記固体電解質体の上記内側面に当接して上記ヒータホルダを上記センサ素子に対して固定すると共に上記基準電極に電気的に導通する素子固定部とを少なくとも備えることが好ましい(請求項2)。
この場合には、上記ヒータホルダの性能を十分に生かすことができる。即ち、上記挿嵌部を上記インシュレータの挿嵌孔に挿嵌することにより、上記ヒータホルダを上記インシュレータに対して固定することができる。また、上記把持部により、上記ヒータの側面を把持することにより、上記ヒータを上記ヒータホルダに対して固定することができる。また、上記素子固定部を上記センサ素子の有底筒状の上記固体電解質体内に挿嵌することにより、上記ヒータホルダを上記センサ素子に対して固定することができる。このとき、上記ヒータホルダの例えば上記素子固定部を、上記固体電解質体の内側面に形成された上記基準電極に電気的に接続させることもできる。
また、上記係止部は、例えば上記本外部の一部を径方向に突出させて形成させることができる。
The main body portion of the heater holder includes an insertion portion to be inserted into the insertion hole of the insulator, the locking portion, a grip portion for gripping the heater, and the solid electrolyte body in the sensor element. It is preferable to include at least an element fixing portion that contacts the inner side surface and fixes the heater holder to the sensor element and that is electrically connected to the reference electrode.
In this case, the performance of the heater holder can be fully utilized. That is, the heater holder can be fixed to the insulator by inserting the insertion portion into the insertion hole of the insulator. Further, the heater can be fixed to the heater holder by gripping the side surface of the heater with the gripping portion. Further, the heater holder can be fixed to the sensor element by inserting the element fixing portion into the bottomed cylindrical solid electrolyte body of the sensor element. At this time, for example, the element fixing portion of the heater holder can be electrically connected to the reference electrode formed on the inner surface of the solid electrolyte body.
Moreover, the said latching | locking part can be formed, for example by making a part of the said exterior outside project in a radial direction.
上記ヒータホルダの上記本体部は、軸方向に伸びる背骨部と、上記軸方向と略垂直方向の上記ヒータ側に上記背骨部から伸びる一対の上記挿嵌部と、上記軸方向と略垂直方向の上記ヒータ側に上記背骨部から伸びる一対の上記把持部と、上記軸方向と略垂直方向の上記ヒータ側に上記背骨部から伸びる一対の上記素子固定部と、上記背骨部から上記ガスセンサの径方向に伸びる一対の上記係止部とを有し、上記挿嵌部、上記把持部、及び上記素子固定部は、上記背骨部と対向する側面が同一方向に開口する開口部を有していることが好ましい(請求項3)。
この場合には、上記ヒータホルダへのヒータの組み付けが容易になる。
即ち、上記ヒータホルダの本体部は、上記背骨部と対向する側面が同一方向に開口する開口部を有している。そのため、上記ヒータの側面を上記ヒータホルダの開口部から挿入して、上記ヒータを上記ヒータホルダに組み付けることができる。
The main body portion of the heater holder includes a spine portion extending in an axial direction, a pair of insertion portions extending from the spine portion toward the heater in a direction substantially perpendicular to the axial direction, and the axial portion substantially perpendicular to the axial direction. A pair of the grip portions extending from the spine portion to the heater side, a pair of the element fixing portions extending from the spine portion to the heater side substantially perpendicular to the axial direction, and a radial direction of the gas sensor from the spine portion A pair of extending locking portions, and the insertion portion, the gripping portion, and the element fixing portion have an opening in which a side surface facing the spine portion opens in the same direction. Preferred (claim 3).
In this case, the heater can be easily assembled to the heater holder.
In other words, the main body of the heater holder has an opening whose side facing the spine opens in the same direction. Therefore, the heater can be assembled to the heater holder by inserting the side surface of the heater from the opening of the heater holder.
上記ヒータホルダの上記本体部は先端側に上記ヒータを上記ガスセンサの径方向に押圧する押圧部を備え、該押圧部により上記ヒータは少なくとも先端部が上記センサ素子の内側面に当接されていることが好ましい(請求項4)。
この場合には、上述のように上記ヒータの基端部を上記インシュレータに対して固定できるだけでなく、上記ヒータの先端部を上記センサ素子に対して固定することができる。
そのため、上記ガスセンサの耐振性をより向上させることができる。
The main body portion of the heater holder includes a pressing portion that presses the heater in the radial direction of the gas sensor on the tip side, and at least the tip portion of the heater is in contact with the inner surface of the sensor element by the pressing portion. (Claim 4).
In this case, not only can the base end of the heater be fixed to the insulator as described above, but also the tip of the heater can be fixed to the sensor element.
Therefore, the vibration resistance of the gas sensor can be further improved.
上記ヒータホルダの上記本体部は、上記背骨部から軸方向の先端側に延設された先端延設部を有し、上記押圧部は上記先端延設部に形成されていることが好ましい(請求項5)。
この場合には、上記ヒータにおけるより先端部に近い部分を上記押圧部により押圧することができる。そのため、より確実に上記ヒータの先端部を上記センサ素子の内側面に当接させることができる。したがって、より確実に上記センサの耐振性をより向上させることができる。
It is preferable that the main body portion of the heater holder has a distal end extending portion extending from the spine portion toward the distal end side in the axial direction, and the pressing portion is formed in the distal end extending portion. 5).
In this case, a portion closer to the tip of the heater can be pressed by the pressing portion. Therefore, the tip of the heater can be brought into contact with the inner surface of the sensor element more reliably. Therefore, the vibration resistance of the sensor can be improved more reliably.
次に、上記ガスセンサの製造方法においては、上記ヒータを内側に保持した上記ヒータホルダの基端側を、上記インシュレータの挿嵌孔に先端側から挿入し、上記ヒータホルダの上記係止部を上記インシュレータの先端側端面に当接させて係止する。
そして、上記ヒータホルダの上記本体部は、軸方向に伸びる背骨部と、上記軸方向と略垂直方向の上記ヒータ側に上記背骨部から伸びる一対の上記挿嵌部と、上記軸方向と略垂直方向の上記ヒータ側に上記背骨部から伸びる一対の上記把持部と、上記軸方向と略垂直方向の上記ヒータ側に上記背骨部から伸びる一対の上記素子固定部と、上記背骨部から上記ガスセンサの径方向に伸びる一対の上記係止部とを有し、上記挿嵌部、上記把持部、及び上記素子固定部は、上記背骨部と対向する側面が同一方向に開口する開口部を有しており、上記ヒータホルダの上記開口部から上記ヒータを側面から挿入することにより、上記ヒータホルダに上記ヒータを組み付けることが好ましい(請求項7)。
この場合には、上記ヒータの側面を上記ヒータホルダの開口部から挿入して、上記ヒータを上記ヒータホルダに組み付けることができる。そのため、組み付けが容易になる。
Next, in the gas sensor manufacturing method, the proximal end side of the heater holder holding the heater inside is inserted into the insertion hole of the insulator from the distal end side, and the locking portion of the heater holder is inserted into the insulator holder. The front end side end surface is brought into contact with and locked.
The body portion of the heater holder includes a backbone portion extending in the axial direction, a pair of insertion portions extending from the backbone portion toward the heater in a direction substantially perpendicular to the axial direction, and a direction substantially perpendicular to the axial direction. A pair of gripping portions extending from the spine portion to the heater side, a pair of element fixing portions extending from the spine portion to the heater side in a direction substantially perpendicular to the axial direction, and a diameter of the gas sensor from the spine portion. A pair of the locking portions extending in the direction, and the insertion portion, the gripping portion, and the element fixing portion have an opening portion whose side surface facing the spine portion opens in the same direction. It is preferable that the heater is assembled to the heater holder by inserting the heater from the side surface through the opening of the heater holder.
In this case, the heater can be assembled to the heater holder by inserting the side surface of the heater from the opening of the heater holder. Therefore, assembly becomes easy.
(実施例1)
次に、図1〜図8を用いて本発明の実施例にかかるガスセンサ1について説明する。
図1に示すごとく、本例のガスセンサ1は、センサ素子2と、ハウジング3と、ヒータ4と、インシュレータ5と、ヒータホルダ6と、基準側信号線71と、測定側信号線72とを少なくとも備える。
Example 1
Next, the gas sensor 1 concerning the Example of this invention is demonstrated using FIGS.
As shown in FIG. 1, the gas sensor 1 of this example includes at least a
センサ素子2は、有底筒状に形成され、内側面21に基準ガスに接する基準電極215が形成され、外側面22に被測定ガスに接する測定電極225が形成されたイオン伝導性の固体電解質体20からなる。また、ハウジング3は、被測定ガス流路内にセンサ素子2を支持固定する。ヒータ4は、センサ素子2の固体電解質体20に挿入配置され、センサ素子2を加熱する。インシュレータ5は、ヒータ4の基端部41を挿嵌保持する絶縁材からなる。また、ヒータホルダ6は、ヒータ4を把持し、センサ素子2に対してヒータ4を固定すると共に、センサ素子2の基準電極215と電気的に導通する。また、基準側信号線71は、ヒータホルダ6を介してセンサ素子2の基準電極215に電気的に導通し、測定側信号線72は、後述の端子、リードを介して測定電極225に電気的に導通する。
The
図1〜図4に示すごとく、ヒータホルダ6は、ヒータ4を部分的に把持しヒータ4を部分的に覆う本体部61と、本体部61から基端側に延設され基準側信号線71に電気的に導通する端子部62とからなる。ヒータホルダ61の端子部62は、インシュレータ5に設けられた端子孔52に挿入されている。また、ヒータホルダ6の本体部61の基端側は、ヒータ4を内側に保持した状態でヒータ4の基端部41と共に、インシュレータ5の挿嵌孔51に部分的に挿嵌されている。そして、本体部61には、その基端側がインシュレータ5の挿嵌孔51に所定の長さで挿入された状態でインシュレータの先端側端面562に係止させる係止部612が形成されている。なお、図2は、ヒータを内部に保持したヒータホルダの側面図であり、図3(a)〜(e)は、それぞれ図2におけるA−A線、B−B線、C−C線、D−D線、E−E線の断面を矢視したときの断面形状を示す図である。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
以下、本例のガスセンサ1について、詳細に説明する。
図1に示すように、ガスセンサ1において、センサ素子2は、筒状のハウジング3の内側に保持されている。
センサ素子2は、例えばジルコニア等の酸素イオン導電性材料を先端が閉塞した有底円筒状に形成した固体電解質体20と、その内側面21に形成された基準電極215と、外側面22に形成された測定電極225とを有する。固体電解質体20の中腹には径大の固体電解質体係合部201が形成されている。
Hereinafter, the gas sensor 1 of this example will be described in detail.
As shown in FIG. 1, in the gas sensor 1, the
The
固体電解質体20の内側には金属製のヒータホルダ6が挿嵌されている。
本例において、ヒータホルダ6は、図1〜図4に示すごとく、ヒータ4を部分的に把持し該ヒータ4を部分的に覆う略円筒状の本体部61と、本体部61から基端側に延設され基準側信号線71に電気的に導通する端子部62とからなる。端子部62は、基端側においてガスセンサ1の基準側から伸びる基準側信号線71を挿入して狭持するように、側面が開口する略円筒状に形成されている。
A
In this example, as shown in FIGS. 1 to 4, the
ヒータホルダ6の本体部61は、基端側から先端側に向けて順に挿嵌部611と係止部612と把持部613と素子固定部614とを有する。具体的には、本体部61は、軸方向に伸びる背骨部610と、軸方向と略垂直方向のヒータ4側に背骨部610から伸びる一対の挿嵌部611と、軸方向と略垂直方向のヒータ側に背骨部610から伸びる一対の把持部613と、軸方向と略垂直方向のヒータ側に背骨部610から伸びる一対の素子固定部614と、背骨部610からガスセンサ1の径方向に伸びる一対の係止部612とを有する。挿嵌部611、把持部613、素子固定部614、及び係止部612は、背骨部と対向する側面が同一方向に開口する開口部619を有している。なお、係止部612は、背骨部610からヒータ4側とは反対方向に伸びるように形成されており、必然的にヒータ4側は開口している。即ち、ヒータホルダ6の本体部61は、ガスセンサの径方向の断面形状が略C字状になっている。
また、ヒータホルダ6の本体部61は、背骨部610から軸方向の先端側に延設された先端延設部63を有する。先端延設部63の先端側には、ヒータ4をガスセンサ1の径方向に押圧する押圧部635が形成されている。
The
The
ガスセンサ1においては、ヒータホルダ6が把持部613でヒータ4を把持した状態で先端側から固体電解質体20内に挿嵌されている。ヒータホルダ6は、素子固定部614において固体電解質体20の内側に嵌合している。また、ヒータホルダ6は素子固定部614において固体電解質体20の内側面21に形成された基準電極215と電気的に接続している。また、固体電解質体20の外側面に22形成された測定電極225は、基端側に伸びる測定側中間リード721に電気的に導通している。
In the gas sensor 1, the
また、ヒータホルダ6の本体部61には、ヒータ4が組み付けられている。ヒータ4は、ヒータホルダ6の把持部613においてホルダに把持され、ヒータホルダ6に対してヒータ4が固定されている。
ヒータ4は、アルミナ等のセラミック材料を長軸状に形成したヒータ基体と、その先端内部に内蔵された発熱体(図示略)と、発熱体に接続された一対のリード線(図示略)と、ヒータ基板の表面に形成され、一対のリード線にそれぞれ導通する一対のヒータ電極45とから構成されている。
ヒータ4は、センサ素子2内に挿入されてヒータホルダ6の把持部613により弾性的に固定されている。
また、図5に示すごとく、ヒータホルダ6の押圧部635は、ヒータ4の側面をガスセンサの径方向に押圧する。これにより、ヒータ4の先端部42が固体電解質体20の内側面21に当接されている。
The
The
The
Moreover, as shown in FIG. 5, the
また、図1に示すごとく、ハウジング3には、ハウジング係合部31が形成されており、金属製緩衝部材(図示略)を介して固体電解質体係合部201とハウジング係合部31とが係合してセンサ素子2がハウジング3内に係止されている。また、センサ素子2とハウジング3との間の空隙には、例えばタルクなどの絶縁性粉末101、絶縁性粉末成形体102、セラミック、ガラス等の絶縁性封止部材103、金属製部材からなるスペーサ104等によって構成される素子固定部材によって充填され、ハウジング3の上端縁のハウジングかしめ部32がかしめられてセンサ素子2がハウジング3内に固定されている。
As shown in FIG. 1, the
ハウジング3の先端側には、センサ素子2を保護する素子カバー12が固定されている。素子カバー12は、内側カバー121と外側カバー122との2つのカバーを並列して配置した二重構造からなる。そして、内側カバー121及び外側カバー122には、それぞれ被測定ガスをそれらの内部に導入するための被測定ガス導入口127、128が形成されている。
これにより、内燃機関の排気系を流通する被測定ガスを、被測定ガス導入口127、128を通じて素子カバー12の内側であってセンサ素子2の周囲に形成される被測定ガス室120に導入することができる。
An element cover 12 that protects the
As a result, the gas to be measured flowing through the exhaust system of the internal combustion engine is introduced into the
また、図1に示すごとく、ガスセンサ1は、基端側に、外部回路に接続する基準側信号線71及び測定側信号線72と、インシュレータ5と、インシュレータ保持金具50と、基準ガス側カバー13とが配設されている。
基準ガス側カバー13は、ハウジング3の基端側に固定されており、内側に基準ガス空間130を形成する。即ち、ハウジング3におけるかしめ部32よりも径方向外側に配設されたカバー固定部34に、基準ガス側カバー13の先端側開口部が溶接されている。基準ガス側カバー13の基端部は、ゴムブッシュ16により封止されている。そして、外部回路に接続する基準側信号線71及び測定側信号線72がゴムブッシュ16により絶縁支持されている。
As shown in FIG. 1, the gas sensor 1 includes, on the proximal end side, a reference
The reference
図6(a)〜(c)に、インシュレータ5の構造を示す。
同図に示すごとく、インシュレータ5は、絶縁材からなり、円柱状の本体部56と本体部56の基端側端面561から基端側に伸びる略円柱状の突出部57とを有し、断面略凸形状の部材である。インシュレータ5の先端側端面562には、ヒータの基端部を挿嵌保持する挿嵌孔51が軸方向に設けられている。挿嵌孔51は、インシュレータ5を貫通せず、ヒータの基端部がインシュレータ5の内部で当接するように閉塞している。また、インシュレータ5には、ヒータホルダ6の本体部61から軸方向の基端側に伸びる端子部62(図2〜4参照)が挿入される基準側端子孔52と、測定側中間リード721に接続する測定側端子722(図1参照)が挿入される測定側端子孔53とが、挿嵌孔51よりも径方向の外側にそれぞれ形成されている。基準側端子孔52及び測定側端子孔53は、インシュレータ5の本体部56を軸方向に貫通している。また、インシュレータ5には、ヒータ4の基端部41においてヒータ電極45から伸びて軸方向に突出する一対のリード部451(図1参照)が挿入される一対のヒータリード孔511、512が形成されている。ヒータリード孔511、512は、インシュレータの先端部側においては挿嵌孔51と一体となっており、突出部57においては、挿嵌孔51から独立した孔によって形成されている。ヒータリード孔は、本体部56及び突出部57を軸方向に貫通している。
The structure of the
As shown in the figure, the
また、図1に示すごとく、インシュレータ5は、保持金具50により基準ガス側カバー13内に固定されている。そして、インシュレータ5の挿嵌孔51には、ヒータ4の基端部41がヒータホルダ6の挿嵌部611と共に挿入されている。
As shown in FIG. 1, the
図7に、インシュレータ5にヒータホルダ6の挿嵌部611を挿嵌した状態をインシュレータの先端側端面562から観察した様子を示す。同図においては、インシュレータ5、ヒータホルダ6、及び後述の測定側端子722以外の部材は省略して示してある。
図7に示すごとく、ヒータホルダ6の本体部の基端側に形成された挿嵌部611がヒータの基端部(図示略、図1参照)と共にインシュレータ5の挿嵌孔51に挿入されている。ヒータホルダ6の挿嵌部611は、インシュレータ5の挿嵌孔51と嵌合することにより、インシュレータ5に対してヒータホルダ6が固定されている。また、インシュレータ5の先端側端面562には、ヒータホルダ6の係止部612が当接している。これにより、挿嵌孔51に挿入されるヒータホルダ6の長さが調節されている。
また、図1及び図7に示すごとく、ヒータリード孔511,512には、ヒータ4の外周部の基端側に形成された一対のヒータ電極45から伸びる一対のリード部451が挿入されている。これらのリード部451には外部電源(図示略)から伸びるヒータ電源リード49に接続されており、外部電源からヒータに電力を供給できる構成になっている。
FIG. 7 shows a state where the state in which the
As shown in FIG. 7, an
As shown in FIGS. 1 and 7, a pair of
また、図1及び図7に示すごとく、インシュレータ5の基準側端子孔52には、ヒータホルダ6の本体部に一体的に連結されている基準側端子62が挿入されている。そして、基準側端子62は、ガスセンサ1の基端側から伸びる基準側信号線71に電気的に接続されている。
また、図1及び図7に示すごとく、インシュレータ5の測定側端子孔53には、測定側端子722が挿入されている。測定側端子722は、弾性金属材料を略U字状のバネ状に形成してなる。測定側端子722は、先端側において上述のように測定側中間リード721に電気的に接続されており、基端側においてはガスセンサ1の基端側から伸びる測定側信号線72に電気的に接続されている。
As shown in FIGS. 1 and 7, a
As shown in FIGS. 1 and 7, the
図1に示すごとく、基準ガス側カバー13の外周側には、かしめカバー14が配置されており、かしめカバー14は基準ガス側カバー13にかしめ固定されている。また、かしめカバー14には、基準ガス空間130に基準ガスを導入する基準ガス導入口141が形成されている。
As shown in FIG. 1, a
なお、基準ガスは大気であり、基準ガス導入口141から流入した大気は、基準ガス側カバー内の基準ガス空間130を通過してセンサ素子内の基準ガス室20まで流入する。
Note that the reference gas is the atmosphere, and the atmosphere flowing in from the
次に、本例のガスセンサ1において、ヒータホルダへのヒータの組み付け方法について図8を用いて説明する。
本例において、図4、図8(a)及び(b)に示すごとく、ヒータホルダ6の本体部61は、軸方向に伸びる背骨部610と、軸方向と略垂直方向のヒータ4側に背骨部610から伸びる一対の挿嵌部611、一対の把持部613、一対の素子固定部614とをそれぞれ有している。また、本体部61は、背骨部610からガスセンサの径方向に伸びる一対の係止部612を有している。そして、挿嵌部611、把持部613、素子固定部614、及び係止部は、背骨部と対向する側面が同一方向に開口している。
したがって、ヒータホルダ6の開口部側619からヒータ4を側面から挿入することにより、ヒータホルダ6にヒータ4を組み付けることができる。
Next, in the gas sensor 1 of this example, a method of assembling the heater to the heater holder will be described with reference to FIG.
In this example, as shown in FIG. 4, FIG. 8A and FIG. 8B, the
Therefore, the
以下、本例のガスセンサ1の作用効果について図1〜図8を用いて説明する。
本例のガスセンサ1においては、上記のように、ヒータホルダ6の端子部62がインシュレータ5に設けられた端子孔52に挿入されているだけでなく、ヒータホルダ6の本体部61の基端側が、ヒータ4の基端部41と共にインシュレータ5の挿嵌孔51に部分的に挿嵌されている。
そのため、ヒータホルダ6とインシュレータ5とを組み付けるときに、上記のごとく挿嵌孔51にヒータホルダ6の挿嵌部611を挿嵌することにより、径方向における位置を定めることができる。そのため、軸合わせが必要なく、インシュレータ5とヒータホルダ6との組み付けを容易に行うことができる。また、位置決めが容易になるため、組み付け時に、ヒータ4に電気を導通するためのリード線が折り曲がってしまうことを防止することができる。
Hereinafter, the effect of the gas sensor 1 of this example is demonstrated using FIGS.
In the gas sensor 1 of this example, as described above, the
Therefore, when the
また、本体部61の基端側がヒータ4の基端部41と共にインシュレータ5の挿嵌孔51に挿嵌されているため、インシュレータ5により、ヒータホルダ6及びヒータ4が基端側において強固に保持される。そのため、耐振動性が向上する。したがって、振動によるヒータ用のリード部451の断線等を防止し、ガスセンサ1の信頼性を向上させることができる。
Further, since the base end side of the
また、ヒータホルダ6の本体部61には、その基端側がインシュレータ5の挿嵌孔51に所定の長さで挿入された状態でインシュレータ5の端面562に係止させる係止部612が形成されている。
そのため、軸方向の位置決めを行うこともできる。即ち、係止部612により、インシュレータ5の挿嵌孔51に挿入されるヒータホルダ6の長さを決定することができる。
Further, the
Therefore, positioning in the axial direction can also be performed. That is, the length of the
また、本例において、ヒータホルダ6の本体部61は、インシュレータ5の挿嵌孔51に挿嵌される挿嵌部611と、係止部612と、ヒータを把持する把持部613と、センサ素子2内の固体電解質体20の内側面21に嵌合してヒータホルダ6をセンサ素子2に対して固定すると共に、基準電極215に電気的に導通する素子固定部614とを少なくとも備える。
そのため、ヒータホルダ6の性能を十分に生かすことができる。即ち、挿嵌部611をインシュレータ5の挿嵌孔51に挿嵌することにより、ヒータホルダ6をインシュレータ5に対して固定することができる。また、把持部613により、ヒータ4の側面を把持することにより、ヒータ4をヒータホルダ6に対して固定することができる。また、素子固定部614をセンサ素子2の有底筒状の固体電解質体20内に挿嵌することにより、ヒータホルダ6をセンサ素子2に対して固定することができる。このとき、ヒータホルダ6の例えば素子固定部614を、固体電解質体20の内側面に形成された基準電極215に電気的に接続させることもできる。
In this example, the
Therefore, the performance of the
また、ヒータホルダ6の本体部61は、軸方向に伸びる背骨部610と、軸方向と略垂直方向のヒータ側に背骨部610から伸びる一対の挿嵌部611と、軸方向と略垂直方向のヒータ側に背骨部610から伸びる一対の把持部613と、軸方向と略垂直方向のヒータ側に背骨部610から伸びる一対の一対の素子固定部614と、ガスセンサの径方向に背骨部610から伸びる一対の係止部612とを有し、挿嵌部611、把持部613、素子固定部613、及び係止部612は、背骨部610と対向する側面が同一方向に開口する開口部619を有している。
そのため、ヒータ4の側面をヒータホルダ6の開口部619から挿入して、ヒータ4をヒータホルダ6に組み付けることができる(図8参照)。それ故、ヒータホルダ6へのヒータ4の組み付けが容易になる。
The
Therefore, the
また、ヒータホルダ6の本体部61は先端側にヒータ4をガスセンサ1の径方向に押圧する押圧部635を備え、この押圧部635によりヒータ4は少なくとも先端部42がセンサ素子2の内側面21に当接されている(図5参照)。
そのため、ヒータ4の先端部42をセンサ素子2に対して固定することができる。それ故、ガスセンサ1の耐振性をより向上させることができる。
The
Therefore, the
また、ヒータホルダ6の本体部61は、背骨部610から軸方向の先端側に延設された先端延設部63を有し、押圧部635は先端延設部63に形成されている。
そのため、ヒータ4におけるより先端部に近い部分を押圧部により押圧することができる。それ故、より確実にヒータ4の先端部42をセンサ素子2の内側面21に当接させることができる。したがって、より確実にセンサ1の耐振性をより向上させることができる。
The
Therefore, a portion closer to the tip portion of the
(実施例2)
本例は、実施例1とはヒータホルダの形状が異なるガスセンサの例である。
本例のガスセンサにおいては、図9及び図10に示すごとく、ヒータホルダ8は、実施例1と同様に、ヒータ4を部分的に把持しヒータ4を部分的に覆う本体部81と、本体部81から基端側に延設され基準側信号線に電気的に導通する端子部82とからなる。
(Example 2)
This example is an example of a gas sensor in which the shape of the heater holder is different from that of the first embodiment.
In the gas sensor of this example, as shown in FIGS. 9 and 10, the heater holder 8 includes a main body 81 that partially grips the
ヒータホルダ8の本体部81は、実施例1と同様に、挿嵌部811と、係止部812と、把持部813と、素子固定部814とを備える。また、ヒータホルダ8は、背骨部810から軸方向の先端側に延設された先端延設部83を有し、先端延設部83の先端には押圧部835が形成されている。
Similar to the first embodiment, the main body 81 of the heater holder 8 includes an
本例において、ヒータホルダ8の本体部81は、全体として一方の側面が開口する円筒状を呈している。図9及び図10に示すごとく、円筒形状の本体部81の径は、インシュレータの挿嵌孔及びセンサ素子内に本体部81の挿嵌部811及び素子固定部814が挿嵌する大きさで形成されている。円筒形状の本体部における開口部の末端を、部分的にガスセンサの径方向に延設することにより、係止部812を形成している。これにより、係止部812と、係止部812よりも基端側に挿嵌部811が形成されている。
また、円筒形状の本体部の側面を部分的にくり抜いて側面を部分的に径方向内側に折り曲げ加工することにより、把持部813が形成されている。
その他の構成は、実施例1と同様である。
In this example, the main body 81 of the heater holder 8 has a cylindrical shape with one side surface opened as a whole. As shown in FIGS. 9 and 10, the diameter of the cylindrical main body 81 is formed in such a size that the
Further, the gripping
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
本例のヒータホルダ8も、実施例1とホルダの形状は異なるものの、挿嵌部811、把持部812、素子固定部813、及び係止部814は、背骨部と対向する側面が同一方向に開口する開口部819を有している。
そのため、実施例1と同様に、ヒータ4の側面をヒータホルダ8の開口部819から挿入して、ヒータ4をヒータホルダ8に組み付けることができる。それ故、ヒータホルダ8へのヒータ4の組み付けが容易になる。
その他の作用効果は、実施例1と同様である。
Although the heater holder 8 of this example is different in the shape of the holder from that of the first embodiment, the
Therefore, similarly to the first embodiment, the
Other functions and effects are the same as those of the first embodiment.
1 ガスセンサ
2 センサ素子
3 ハウジング
4 ヒータ
41 (ヒータの)基端部
5 インシュレータ
51 挿嵌孔
6 ヒータホルダ
611 挿嵌部
612 係止部
635 押圧部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
被測定ガス流路内に上記センサ素子を支持固定するハウジングと、
上記センサ素子に挿入配置されたヒータと、
該ヒータの基端部を挿嵌保持する絶縁材からなるインシュレータと、
上記ヒータを把持し、上記センサ素子に対して上記ヒータを固定すると共に、上記センサ素子の上記基準電極と電気的に導通する金属製のヒータホルダと、
該ヒータホルダを介して上記基準電極に電気的に導通する基準側信号線と、上記測定電極に電気的に導通する測定側信号線とを少なくとも備え、
上記ヒータホルダは、上記ヒータを部分的に把持し該ヒータを部分的に覆う本体部と、該本体部から基端側に延設され上記基準側信号線に電気的に導通する端子部とからなり、
上記ヒータホルダの上記端子部は、上記インシュレータに設けられた端子孔に挿入されており、
上記ヒータホルダの上記本体部の基端側は、上記ヒータを内側に保持した状態で上記ヒータの基端部と共に、上記インシュレータの挿嵌孔に部分的に挿嵌されており、
上記ヒータホルダの上記本体部には、該本体部の基端側が上記インシュレータの上記挿嵌孔に所定の長さで挿入された状態でインシュレータの端面に係止させる係止部が形成されていることを特徴とするガスセンサ。 It consists of an ion-conductive solid electrolyte body formed with a bottomed cylinder, a reference electrode in contact with the reference gas is formed on the inner surface, and a measurement electrode in contact with the measured gas on the outer surface. A sensor element for detecting the concentration of a specific gas;
A housing for supporting and fixing the sensor element in the measured gas flow path;
A heater inserted and arranged in the sensor element;
An insulator made of an insulating material for inserting and holding the base end portion of the heater;
A metal heater holder that holds the heater, fixes the heater to the sensor element, and is electrically connected to the reference electrode of the sensor element;
A reference side signal line electrically connected to the reference electrode through the heater holder, and a measurement side signal line electrically connected to the measurement electrode;
The heater holder includes a main body portion that partially grips the heater and partially covers the heater, and a terminal portion that extends from the main body portion to the proximal end side and is electrically connected to the reference-side signal line. ,
The terminal portion of the heater holder is inserted into a terminal hole provided in the insulator,
The base end side of the body portion of the heater holder, together with the base end portion of the heater in a state of holding the heater on the inside, is partially inserted into the interpolation Hamaana of the insulator,
The main body portion of the heater holder is formed with a locking portion for locking to the end surface of the insulator in a state where the base end side of the main body portion is inserted into the insertion hole of the insulator with a predetermined length. A gas sensor.
上記ヒータを内側に保持した上記ヒータホルダの基端側を、上記インシュレータの挿嵌孔に先端側から挿入し、上記ヒータホルダの上記係止部を上記インシュレータの先端側端面に当接させて係止することを特徴とするガスセンサの製造方法。 In the manufacturing method of the gas sensor of Claims 1-5,
The proximal end side of the heater holder holding the heater inside is inserted into the insertion hole of the insulator from the distal end side, and the engagement portion of the heater holder is brought into contact with and engaged with the distal end side end surface of the insulator. A method for producing a gas sensor.
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